8.5 实验：验证机械能守恒定律 教案（表格式）
文档属性
| 名称 | 8.5 实验：验证机械能守恒定律 教案（表格式） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 561.5KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-04-21 14:11:27 | ||
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文档简介
8.5 实验：验证机械能守恒定律
教学目标 核心素养 物理观念：知道验证机械能守恒定律的基本思路并能对相关量进行测量；
科学思维：知道实验中选取测量点的有关要求，会测量下落高度和瞬时速度；
科学探究：能进行正确的实验操作，会分析实验数据得出结论；
科学探究：能定性分析实验误差产生的原因，并会采取措施减小实验误差。
教学重点 验证机械能守恒定律的实验原理
教学难点 验证机械能守恒定律的误差分析及减小误差的方法
教 学 过 程
教学环节 教师活动预设 学生活动预设
复习回顾： 1.机械能守恒定律的条件和常用方程式。 本节课我们通过实验来验证机械能守恒定律。 一、实验思路 如何验证物体运动过程中机械能守恒？ 学生思考回答，只有重力和系统弹力做功，如重物自由下落，物体沿光滑斜面下滑（气垫导轨），小球摆动等。 教师总结：容易操作的方案是使物体从某一高度自由下落，或者是物体沿倾斜的气垫导轨运功。 二、物理量的测量 学生回答
教学环节 教师活动预设 学生活动预设
1.如右图，以地面为零势能面，如何表示在任意A、B位置的机械能？忽略空气阻力，如何验证机械能守恒？ 2.如何求下落过程中A、B两位置的瞬时速度？ 3.如何确定物体下落的高度？ 三、实验方案 本实验采用参考案例一，研究重物拖着纸带自由下落时机械能守恒是否守恒，如右图所示。 1.实验目的：用落体法验证机械能守恒定律。 2.实验原理：由纸带记录重物的运动，并得到下落高度为h时，重物的瞬时速度v，比较自由下落过程中减少的重力势能mgh和增加的动能，看它们在实验误差允许范围内是否相等，若相等，则验证了机械能守恒定律。 3.实验器材：铁架台（含铁夹）、打点计时器、学生电源、纸带及复写纸、导线、毫米刻度尺、重物（带纸带夹） 4.实验步骤 ⑴安装装置：按图所示把打点计时器安装在铁架台上，用导线把打点计时器与电源连接好。 ⑵打纸带：在纸带的一端把重物用夹子固定好，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手竖直提起纸带使重物紧靠打点计时器，先接通电源待打点稳定后释放纸带，让重物拉着纸带自由下落， 学生阅读教材P95内容，思考回答如何通过实验验证机械能守恒 回答问题：要不要测量物体的质量？
教学环节 教师活动预设 学生活动预设
重复几次，得到3～5条打好点的纸带. ⑶选纸带并测量：如图选择一条点迹清晰的纸带，在第一个点及距离第一个点较远的地上依次标上0、1、2、3、……，测出0到点1、点2、点3、……的距离，即为对应下落的高度h1、h2、h3、……。 5.数据处理 ⑴根据公式，计算出点2、点3、点4……的瞬时速度vn。 ⑵验证： (
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)法一：利用起始点和第n点. 选择开始的两点间距接近2 mm的一条纸带，打的第一个点为起始点，将测量的数据和计算出来的速度带入和，如果在实验误差允许范围内 ，则机械能守恒定律得到验证. 法二：任取两点A、B. 测出，算出，算出的值，如果在实验误差允许范围内，则机械守恒定律得到验证。 方法三：图像法(如图所示). 从纸带上选取多个点，根据测量出的下落高度，并计算出各点速度的平方，然后以为纵轴，以h为横轴，若在实验误差允许范围内图线是一条过原点且斜率为g的直线，则验证了机械能守恒定律。 6.误差分析 本实验的误差主要是由纸带测量产生的偶然误差及重物和纸带运动中的空气阻力及打点计时器的摩擦阻力产生的 系统误差。 误差类型产生原因减小方法偶然误差测量⑴测量时都从第一个点量起 ⑵多次测量，取平均值系统误差空气和摩擦阻力⑴安装打点计时器时，使两限位孔中线竖直。 ⑵选择质量适当大，体积尽量小的重物
7.注意事项 ⑴实验时，应先接通电源，待打点计时器工作稳定后再松开纸带让重物下落。 ⑵本实验中的几种验证方法均不需要测重物的质量m。 ⑶计算速度时不能用 或计算，应根据纸带上测得的数据，利用计算瞬时速度. ⑷测量下落高度时，为减小实验误差，后面的点应距起点较远，在测量各点到起点的距离时，应当用刻度尺从起点量起，一次性读出各点到起点的距离。 四、参考案例2. 研究沿斜面下滑物块的机械能 1.实验器材 气垫导轨、数字计时器、带有遮光条的滑块. 2.实验装置 如图所示，把气垫导轨调成倾斜状态，滑块沿倾斜的气垫导轨下滑时，忽略空气阻力，重力势能减小，动能增大。 3.实验测量及数据处理 ⑴测量两光电门之间的高度差Δh； ⑵滑块经过两光电门时遮光条遮光时间Δt1和Δt2，计算滑块经过两光电门时的瞬时速度。若遮光条的宽度为ΔL，则滑块经过 确定要研究的开始和结束的位置，测量两位置之间的距离Δh及两位置时的速度，代入表达式进行验证. 学生要明白为什么选开始两点距离接近2mm的纸带。 法2选取纸带不需要开始两点接近2mm
两光电门时的速度分别为，； ⑶若在实验误差允许范围内满足，则验证了机械能守恒定律. 4.误差分析 两光电门之间的距离稍大一些，可以减小误差；遮光条的宽度越小，误差越小. 例1. 如图为“验证机械能守恒定律”的实验装置示意图.现有的器材为：带夹子的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带夹子的重锤.回答下列问题： ⑴为完成此实验，除了所给的器材，还需要的器材有 AD (填入正确选项前的字母) A.毫米刻度尺 B.秒表 C.低压直流电源 D.低压交流电源 ⑵实验中产生误差的原因有：纸带和打点计时器之间的摩擦；测量下落高度时读数有误差；计算势能变化时，选取的两点位置过近。(写出两个原因即可)。 ⑶实验中由于打点计时器两限位孔不在同一竖直线上，使纸带通过时受到较大阻力，这样将造成 B A.不清楚 B. C. D. 例2. 利用气垫导轨“验证机械能守恒定律”，实验装置示意图如图所示， ⑴实验步骤： ①将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于1 m，将导轨调至水平。 ②用游标卡尺测出挡光条的宽度l＝9.30 mm。 ③由导轨标尺读出两光电门中心间的距离s＝ 60.00 cm。 ④将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止时，释放滑块，
要求砝码落地前挡光条已通过光电门2. ⑤从数字计时器(图中未画出)上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间Δt1和Δt2. ⑥用天平称出滑块和挡光条的总质量M，再称出托盘和砝码的总质量m. ⑵用表示直接测量量的字母写出下列物理量的表达式. ①滑块通过光电门1和光电门2时，瞬时速度分别为和。 ②当滑块通过光电门1和光电门2时，系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能分别为和。 ③在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统重力势能的减少量ΔEp＝ mgs (重力加速度为g). (3)如果ΔEp＝，则可认为验证了机械能守恒定律. 思维总结： 创新性实验的处理策略：设计性、创新性、迁移性实验，其实验原理都来源于课本实验，但其灵活性、变通性高于课本实验，遇到这类问题时，要从实验原理去分析处理。 小结：
教学目标 核心素养 物理观念：知道验证机械能守恒定律的基本思路并能对相关量进行测量；
科学思维：知道实验中选取测量点的有关要求，会测量下落高度和瞬时速度；
科学探究：能进行正确的实验操作，会分析实验数据得出结论；
科学探究：能定性分析实验误差产生的原因，并会采取措施减小实验误差。
教学重点 验证机械能守恒定律的实验原理
教学难点 验证机械能守恒定律的误差分析及减小误差的方法
教 学 过 程
教学环节 教师活动预设 学生活动预设
复习回顾： 1.机械能守恒定律的条件和常用方程式。 本节课我们通过实验来验证机械能守恒定律。 一、实验思路 如何验证物体运动过程中机械能守恒？ 学生思考回答，只有重力和系统弹力做功，如重物自由下落，物体沿光滑斜面下滑（气垫导轨），小球摆动等。 教师总结：容易操作的方案是使物体从某一高度自由下落，或者是物体沿倾斜的气垫导轨运功。 二、物理量的测量 学生回答
教学环节 教师活动预设 学生活动预设
1.如右图，以地面为零势能面，如何表示在任意A、B位置的机械能？忽略空气阻力，如何验证机械能守恒？ 2.如何求下落过程中A、B两位置的瞬时速度？ 3.如何确定物体下落的高度？ 三、实验方案 本实验采用参考案例一，研究重物拖着纸带自由下落时机械能守恒是否守恒，如右图所示。 1.实验目的：用落体法验证机械能守恒定律。 2.实验原理：由纸带记录重物的运动，并得到下落高度为h时，重物的瞬时速度v，比较自由下落过程中减少的重力势能mgh和增加的动能，看它们在实验误差允许范围内是否相等，若相等，则验证了机械能守恒定律。 3.实验器材：铁架台（含铁夹）、打点计时器、学生电源、纸带及复写纸、导线、毫米刻度尺、重物（带纸带夹） 4.实验步骤 ⑴安装装置：按图所示把打点计时器安装在铁架台上，用导线把打点计时器与电源连接好。 ⑵打纸带：在纸带的一端把重物用夹子固定好，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手竖直提起纸带使重物紧靠打点计时器，先接通电源待打点稳定后释放纸带，让重物拉着纸带自由下落， 学生阅读教材P95内容，思考回答如何通过实验验证机械能守恒 回答问题：要不要测量物体的质量？
教学环节 教师活动预设 学生活动预设
重复几次，得到3～5条打好点的纸带. ⑶选纸带并测量：如图选择一条点迹清晰的纸带，在第一个点及距离第一个点较远的地上依次标上0、1、2、3、……，测出0到点1、点2、点3、……的距离，即为对应下落的高度h1、h2、h3、……。 5.数据处理 ⑴根据公式，计算出点2、点3、点4……的瞬时速度vn。 ⑵验证： (
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7.注意事项 ⑴实验时，应先接通电源，待打点计时器工作稳定后再松开纸带让重物下落。 ⑵本实验中的几种验证方法均不需要测重物的质量m。 ⑶计算速度时不能用 或计算，应根据纸带上测得的数据，利用计算瞬时速度. ⑷测量下落高度时，为减小实验误差，后面的点应距起点较远，在测量各点到起点的距离时，应当用刻度尺从起点量起，一次性读出各点到起点的距离。 四、参考案例2. 研究沿斜面下滑物块的机械能 1.实验器材 气垫导轨、数字计时器、带有遮光条的滑块. 2.实验装置 如图所示，把气垫导轨调成倾斜状态，滑块沿倾斜的气垫导轨下滑时，忽略空气阻力，重力势能减小，动能增大。 3.实验测量及数据处理 ⑴测量两光电门之间的高度差Δh； ⑵滑块经过两光电门时遮光条遮光时间Δt1和Δt2，计算滑块经过两光电门时的瞬时速度。若遮光条的宽度为ΔL，则滑块经过 确定要研究的开始和结束的位置，测量两位置之间的距离Δh及两位置时的速度，代入表达式进行验证. 学生要明白为什么选开始两点距离接近2mm的纸带。 法2选取纸带不需要开始两点接近2mm
两光电门时的速度分别为，； ⑶若在实验误差允许范围内满足，则验证了机械能守恒定律. 4.误差分析 两光电门之间的距离稍大一些，可以减小误差；遮光条的宽度越小，误差越小. 例1. 如图为“验证机械能守恒定律”的实验装置示意图.现有的器材为：带夹子的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带夹子的重锤.回答下列问题： ⑴为完成此实验，除了所给的器材，还需要的器材有 AD (填入正确选项前的字母) A.毫米刻度尺 B.秒表 C.低压直流电源 D.低压交流电源 ⑵实验中产生误差的原因有：纸带和打点计时器之间的摩擦；测量下落高度时读数有误差；计算势能变化时，选取的两点位置过近。(写出两个原因即可)。 ⑶实验中由于打点计时器两限位孔不在同一竖直线上，使纸带通过时受到较大阻力，这样将造成 B A.不清楚 B. C. D. 例2. 利用气垫导轨“验证机械能守恒定律”，实验装置示意图如图所示， ⑴实验步骤： ①将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于1 m，将导轨调至水平。 ②用游标卡尺测出挡光条的宽度l＝9.30 mm。 ③由导轨标尺读出两光电门中心间的距离s＝ 60.00 cm。 ④将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止时，释放滑块，
要求砝码落地前挡光条已通过光电门2. ⑤从数字计时器(图中未画出)上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间Δt1和Δt2. ⑥用天平称出滑块和挡光条的总质量M，再称出托盘和砝码的总质量m. ⑵用表示直接测量量的字母写出下列物理量的表达式. ①滑块通过光电门1和光电门2时，瞬时速度分别为和。 ②当滑块通过光电门1和光电门2时，系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能分别为和。 ③在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统重力势能的减少量ΔEp＝ mgs (重力加速度为g). (3)如果ΔEp＝，则可认为验证了机械能守恒定律. 思维总结： 创新性实验的处理策略：设计性、创新性、迁移性实验，其实验原理都来源于课本实验，但其灵活性、变通性高于课本实验，遇到这类问题时，要从实验原理去分析处理。 小结：